Lecture de macromolécules par translocation au travers d'un nanopore unique

Reading macromolecules by translocation through a single nanopore

• Auteur / Autrice : Simon Cabello-Aguilar
• Direction : Sébastien Balme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 26/11/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Balme, Fabien Picaud, Emmanuel Balanzat, Marc Cretin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Picaud, Emmanuel Balanzat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions

Macromolécules

Nanopores

Mots clés libres

Nanopore unique

Membrane polymérique

Macromolécules

Single nanopore

Polymeric membrane

Macromolecules

Résumé

La translocation de macromolécules au travers d'un nanopore unique est utilisée dans un but de détection et d'identification. Au cours de ces travaux de thèse, un dispositif expérimental, permettant la mesure du courant ionique dans les nanopores de façon optimisée, a été mis en place. Nous avons développé des programmes qui permettent le filtrage du courant mesuré et l'analyse des signaux de translocation. Nous avons fabriqué des nanopores uniques de haut rapport d'aspect avec, un diamètre ajusté au nanomètre près, et à l'état de surface contrôlé, grâce à la combinaison de techniques d'attaque de trace et de dépôt de couches atomiques. A l'aide du dispositif expérimental fabriqué nous avons effectué des mesures de courant ionique dans les nanopores à différentes échelles (autour de 100 nm et en dessous de 10 nm), en utilisant des systèmes différents (solides et hybrides) en présence de macromolécules ou pas. L'interprétation et l'analyse des signaux de courant résultant nous ont permis de mettre en évidence l'importance (i) de l'état de surface du nanopore aussi bien pour le transport des ions au travers du pore que pour leur entrée (ii) et des interactions des ions organisés autour des molécules en translocation avec les ions organisés dans le pore particulièrement lorsque son diamètre est faible (< 10 nm). L'étude de la translocation des polynucléotides au travers d'un nanopore hybride nous a permis de montrer qu'une protéine complexe peut préserver ses propriétés biologiques dans un nanopore solide si son diamètre est proche du diamètre extérieur de la protéine et son état de surface est semblable au milieu dans lequel évolue la protéine.

The translocation of macromolecules through a single nanopore is used for purposes of detection and identification. During this thesis, an experimental set-up for ionic current recording in nanopores has been created. We have developed programs that allow filtering of the measured current and signal analysis. We have made high aspect ratio single nanopores with a diameter adjusted at the nanometer scale, and a controlled surface state by using a combination of track-etching and atomic layer deposition techniques. Using the experimental device created we performed measurements of ionic current through the nanopores at different scales (around 100 nm and below 10 nm), using different systems (solid and hybrid) and in the presence of macromolecules or not. The interpretation and analysis of translocation signals allowed us to highlight the importance of (i) the surface state of the nanopore for both the transport of ions through the pore and their entry (ii) and the interactions of the ions organized around the translocating molecule with the ions organized in the nanopore (in particular when the pore diameter is below 10 nm). The study of the translocation of polynucleotides through a hybrid nanopore showed that a complex protein can preserve its biological properties in a solid nanopore if its diameter is close to the outer diameter of the protein and its surface state is similar to the biological environment of the protein.